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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung
für ein
Kraftfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor und eine Leistungselektronikeinheit zur
Ansteuerung einer elektrischen Maschine.
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Leistungselektronikeinheiten, die
in Fahrzeugen insbesondere zur Ansteuerung von elektrischen Maschinen
eingesetzt werden, sind häufig
starken Schwingungen und einer hohen Wärmeentwicklung ausgesetzt.
Um eine schwingungsfreie Befestigung der Leistungselektronikeinheit
im Kraftfahrzeug zu ermöglichen,
werden üblicherweise
aufwendig konstruierte und teure Befestigungsträger von hohem Gewicht in Form
von Druckgussteilen eingesetzt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine
Antriebsanordnung für
ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor und eine Leistungselektronikeinheit
zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, zu schaffen, welche
sich durch eine kompakte Bauweise und geringes Gewicht auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
ist die Leistungselektronikeinheit an bzw. auf einem Träger angeordnet,
der einen Kühlkörper umfasst,
welcher an einen Kühlkreislauf eines
Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Der Träger ist vorzugsweise als Kühlkörper gestaltet
bzw. ein Kühlkörper für die Leistungselektronikeinheit
ist derart ausgeführt,
dass er gleichzeitig als Träger
für die
Leistungselektronikeinheit dient. Das Kühlmittel, insbesondere eine
Kühlflüssigkeit,
wird vorzugsweise aus einem Teil des Kühlkreislaufes des Verbrennungsmotors
abgezweigt, welcher dem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors
zugeordnet ist.
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Durch die Ausgestaltung des Trägers als Kühlkörper bzw.
des Kühlkörpers als
Träger
wird ein zusätzlicher
Träger/eine
zusätzliche
Komponente eingespart. Dies führt
zu einer Kosten- und
Gewichtseinsparung.
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Der Träger ist vorzugsweise derart
ausgeführt,
dass er formschlüssig
an das Motorgehäuse, insbesondere
das Kurbelgehäuse
des Verbrennungsmotors, angeordnet werden kann. Die Anbindung der
Leistungselektronikeinheit mittels eines Trägers, welcher einen Kühlkörper umfasst,
an den Verbrennungsmotor zeichnet sich durch eine hohe Schwingungsfestigkeit
aus.
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Der Träger der Leistungselektronikeinheit
ist vorzugsweise am Motorgehäuse,
insbesondere am Kurbelgehäuse,
befestigt. Die Leistungselektronikeinheit mit dem als Kühlkörper ausgebildeten
Träger (bzw.
der Träger
selbst) ist vorzugsweise derart gestaltet, dass sie an die bei einem
Verbrennungsmotor, insbesondere am Kurbelgehäuse, in üblicher Weise vorgesehenen,
zur Verfügung
stehenden Befestigungspunkte einer konventionellen Lichtmaschine
befestigt werden kann. Hierdurch wird vorteilhafterweise der Bauraum
für eine üblicherweise
vorgesehene Lichtmaschine effizient genutzt und es sind keine Änderungen
in Bezug auf die Befestigungspunkte bzw. keine zusätzlichen
Befestigungspunkte notwendig.
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Bei der durch die Leistungselektronikeinheit angesteuerten
elektrischen Maschine handelt es sich vorzugsweise um eine für einen
Starter/Generator-Betrieb geeignete Drehstrommaschine (z.B. eine Asynchronmaschine,
eine Synchronmaschine, eine Reluktanzmaschine), welche insbesondere
zum Starten, zur Antriebsunterstützung
(sog. Boosten) und/oder zur Rekuperation von Bremsenergie in einem
hierfür
vorgesehenen Energiespeicher eingesetzt werden kann. Die elektrische
Maschine kann als riemengetriebener Starter/Generator oder als sogenannter
integrierter Starter/Generator ausgebildet sein, welcher zwischen
Verbrennungsmotor und Getriebe auf einer Kurbelwelle bzw. einer
Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Weitere Ausführungsformen
sind denkbar.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung
nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen.
Hierbei zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Leistungselektronikeinheit mit
einem als Kühlkörper ausgestalteten
Träger,
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2 eine
perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführung eines unteren Teils eines
als Kühlkörper ausgestalteten
Trägers,
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3 eine
Untenansicht eines als Kühlkörper ausgestalteten
Trägers
und
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4 einen
Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
mit einem Verbrennungsmotors und einer Leistungselektronikeinheit mit
einem als Kühlkörper ausgestalteten
Träger.
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Gleiche bzw. funktionell gleichwirkende Komponenten
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt
eine Leistungselektronikeinheit 1 (vorzugsweise in bzw.
mit einem Gehäuse), welche
an einem Träger 2, 3 angeordnet
bzw. auf einem Träger 2, 3 aufgebracht
ist. Der Träger
besteht vorzugsweise aus einem oberen Teil 2 und einem
unteren Teil 3. Die Begriffe „oben" und „unten" beziehen sich hierbei auf die Leistungselektronikeinheit 1.
Das obere Teil 2 ist zwischen der Leistungselektronikeinheit 1 und
dem unteren Teil 3 angeordnet. Das untere Teil 3 des
Trägers
dient mittels entsprechender Kanäle 4 der
Zufuhr und der Abfuhr von einem Kühlmittel bzw. von Kühlflüssigkeit,
wobei das Kühlmittel
vorzugsweise einem Kühlsystem
bzw. Kühlkreislauf
entnommen wird, welches einem Kurbelgehäuse und/oder einem Steuergehäuse eines
nicht dargestellten Verbrennungsmotors zugeordnet ist, und diesem
nach Durchlaufen des Trägers 2, 3 wieder
zugeführt
werden kann. Der Einsatz anderer Kühlmittel (beispielsweise ein
Gas, z.B. Luft) und/oder Anbindungen an andere Kühlkreise (z.B. an einen im
Kraftfahrzeug vorgesehenen Niedertemperaturkreislauf) sind ebenfalls
möglich.
Die Zufuhr von Kühlmittel
ist in der 1 und in
den weiteren Figuren durch einen mit „k" bezeichneten Pfeil dargestellt. Die
Abfuhr des Kühlmittels
ist in der 1 und in
den weiteren Figuren durch einen mit „w" bezeichneten Pfeil dargestellt.
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Der obere Teil 2 des Trägers ist
bevorzugterweise als Kühlkörper ausgebildet.
Der obere Teil 2 ist vorzugsweise mit Befestigungsmitteln 8,
welche insbesondere als Ösen
ausgeführt
sein können,
versehen, welche der Befestigung des Trägers mit der Leistungselektronikeinheit
1 am Verbrennungsmotor, insbesondere am Kurbelgehäuse, dienen.
Die Befestigungsmittel 8 sind vorzugsweise dort angeordnet, wo
der obere Teil 2 des Trägers
an den unteren Teil 3 des Trägers anschließt. Selbst verständlich können die
Befestigungsmittel auch am unteren Teil 3 des Trägers vorgesehen
sein, insbesondere dort, wo der untere Teil 3 des Trägers an
den oberen Teil 2 des Trägers anschließt. Der
Träger
mit der Leistungselektronikeinheit 2 wird vorzugsweise
an der Stelle bzw. an den Befestigungspunkten am Verbrennungsmotor befestigt,
an welcher üblicher
Weise eine Lichtmaschine bzw. ein Standard-Generator angebracht
ist.
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Der Leistungselektronikeinheit 1 weist
Anschlüsse
5 zum Anschluss einer nicht dargestellten Strom- bzw. Spannungsversorgung,
insbesondere eines Energiespeichers, beispielsweise eines 12 Volt und/oder
eines 42 Volt-Energiespeichers (z. B. einer Batterie), auf. Des
Weiteren weist die Leistungselektronikeinheit 1 Anschlüsse 6 auf,
welche der Stromversorgung der Stränge bzw. Phasen einer nicht
dargestellten elektrischen Maschine dienen, welche vorzugsweise
als Starter/Generator einsetzbar ist. Bei der elektrischen Maschine
handelt es sich vorzugsweise um einen Drehstrommaschine und in den 1 und 4 sind beispielhaft drei Stränge 6 (U,
v, W) dargestellt.
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Außerdem weist die Leistungselektronikeinheit 1 einen
Signalanschluss 7 auf, über
welche Steuer- bzw. Regelsignale der Leistungselektronikeinheit 1 zugeführt werden
und Mess- bzw. Zustandsgrößen von
der Leistungselektronikeinheit 1 übermittelt werden können. Die
Steuer- bzw. Regelsignale werden von einer dem Verbrennungsmotor
und/oder dem Kraftfahrzeug zugeordneten; nicht dargestellten Steuereinheit
ermittelt und an den Signalanschluss 7 übertragen. Die Mess- bzw. Zustandsgrößen der Leistungselektronikeinheit 1 werden
vorzugsweise von der (oder einen anderen) Steuereinheit ausgewertet
und der Ermittlung der Steuer- bzw. Regelsignale zugrundegelegt.
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Die Anschlüsse 5, 6, 7 sind
vorteilhafterweise für
Montage und Service leicht zugänglich
angeordnet.
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Die 2 zeigt
eine alternative Ausführung des
unteren Teils 3' des
Trägers.
Bei dieser Ausführungsform
sind am unteren Teil 3' vorzugsweise
seitlich Leitungen bzw. Leitungsanschlüsse 4', insbesondere Schlauchstutzen,
zur Zu- bzw. Abfuhr von Kühlmittel
vorgesehen.
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Als Leistungselektronikeinheit 1 kann
vorteilhafterweise ein Standard-/Gleichteil verwendet werden. Der
Träger 2, 3,
welcher einen Kühlkörper mit
einer Kühlmittelzufuhr
und einer Kühlmittelabfuhr 4 umfasst,
kann – wie
oben ausgeführt – zweiteilig
mit einem oberen Teil 2, welches vorzugsweise mit Befestigungsmitteln 8 versehen
ist, und einem unteren Teil 3 zum Anschluss an den dem
Verbrennungsmotor, vorzugsweise dem Kurbelgehäuse, zugeordneten Kühlkreislauf
ausgeführt
sein. Selbstverständlich kann
der Träger 2, 3 auch
einteilig ausgeführt
sein, wobei das obere Teil 2 und das untere Teil 3 in
einem einzelnen, motorspezifisch ausgeführten Teil zusammengefasst
sind.
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Die 3 zeigt
eine Untenansicht des Trägers 2, 3.
Der Träger 2, 3,
vorzugsweise der untere Teil 3, ist bevorzugterweise derart
ausgeführt,
dass er formschlüssig
an das Kurbelgehäuse
des Verbrennungsmotors angeordnet werden kann. Der untere Teil 3 des
Trägers
kann die Form eines Pyramidenstumpfes oder eines Obelisken haben,
bei welchem die größere Grundfläche an das
obere Teil 2 anschließt
und die kleinere Deckfläche
Durchlassöffnungen 4 zur
Zu- und zur Abfuhr von Kühlmittel
aufweist. An den Rändern
der Durchlassöffnungen 4 sind
Dichtungen 9, insbesondere Dichtringe, vorgesehen. Vorzugsweise
ist eine Anbringung der Befestigungsmittel 8 an frei zugänglichen
Seiten des Trägers 2, 3 mit
der Leistungs elektronikeinheit 1, an denen bevorzugterweise
keine Strom- bzw.
Spannungsversorgungsanschlüsse 5, 6 und/oder
keine Signalanschlüsse 7 vorgesehen
sind, entsprechend der Form- und/oder
Raumerfordernisse von Kurbel- und/oder Steuergehäuse vorgesehen.
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In der 4 ist
ein Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
mit einem Verbrennungsmotor 10 und einer auf einem Träger 2, 3 angeordneten
Leistungselektronikeinheit 1 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 weist
vorzugsweise im bzw. am nicht näher
bezeichneten Kurbelgehäuse Leitungen 11,
insbesondere Bohrungen, für
ein Kühlmittel
auf, welche Teil eines Kühlkreislaufes
des Verbrennungsmotors sind. An diese Leitungen bzw. Bohrungen 11 schließen die
Kühlmittelzufuhr- und -abfuhrleitungen 4 des
Trägers 2, 3 an.
Zwischen den Kühlmittelzufuhr-
und -abfuhrleitungen 4 des Trägers 2, 3 und
den Kühlmittelleitungen 11 (also
zwischen dem Träger 2, 3 und
dem Motorgehäuse)
ist eine Dichtung 9, insbesondere Dichtringe, angeordnet.
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Die Befestigungsmittel 8 schließen vorzugsweise
an entsprechende, nicht näher
bezeichnete Ausbuchtungen des Motor- bzw. Kurbelgehäuses 10 an.
Diese Ausbuchtungen sind bevorzugterweise zur Aufnahme von Schrauben
oder entsprechenden Befestigungshilfsmitteln, welche durch die vorzugsweise
als Ösen
ausgeführten
Befestigungsmittel 8 durchgeführt sind, geeignet.
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Kondensatoren 12 sind beispielhaft
für Halbleiterelemente
dargestellt, welche auf der Leistungselektronikeinheit 1 angeordnet
sind und welche in den als Kühlkörper ausgestalteten,
oberen Teil 2 des Trägers
hineinragen. Der obere Teil 2 des Trägers weist vorzugsweise Leitungen/Kanäle/Umlenkungen 13,
insbesondere Bohrungen, auf, welche an die Kühlmittelzu fuhr- und/oder -abfuhrkanäle 4 anschließen und
der Kühlung
der Leistungselektronikeinheit 1 bzw. der auf ihr angeordneten
Halbleiterelemente und elektrischen Leitungen (beispielhaft dargestellt durch
die Kondensatoren 12) dienen und dementsprechend verlaufen.
Die Kondensatoren 12 sind vorzugsweise von die Leitungen 13 umschlossen.
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Die in dem Träger 2, 3 verlaufenden
Kühlmittelkanäle 4, 13 sind
in der 4 strich-punktiert
dargestellt. Die Übergänge von
dem oberen Teil 2 des Trägers zu dem unteren Teil 3 und
zu den Befestigungsmitteln 8 sind gepunktet dargestellt.